JP2017029095A - 細胞培養装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば臨床用途の細胞の調製には厳しい基準に適った培養が必要であり、汚染等リスクを下げるために閉鎖系での培養が有効となるが、閉鎖系での培養中に培地交換するのは非常に困難である。
また、培養対象が浮遊細胞の場合、培地交換をする際に遠心分離などにより培地と細胞を分離する必要があることから作業が煩雑になり、作業者の負担がさらに増加する。
本発明の一態様は、内部に培地および細胞を収容可能な培養槽と、
該培養槽に培地を供給する培地供給手段と、
前記培養槽から培地を排出する培地排出手段と、
を備えた細胞培養装置であって、
前記培養槽は、内部空間を重力方向で上方空間と下方空間に分割することができる隔壁と、前記培地供給手段が内部に培地を供給するための供給口と、前記培地排出手段が内部から培地を排出するための排出口とを備え、
前記排出口は前記上方空間に開口し、
前記隔壁は、前記培養槽の内部空間を、前記上方空間と前記下方空間が分割した状態、または、前記上方空間と前記下方空間が連通した状態に切替えることができる細胞培養装置を提供する。
(第1実施形態)
本実施形態に係る細胞培養装置100は、バイオリアクターなどの培養槽で細胞を培養する際に用いる装置で、図1に示される構成の装置である。
細胞培養装置100は、内部に細胞および培地を保持し、内部の環境を細胞培養に適した状態に維持して細胞を培養することができる培養槽1と、培養槽1に培地を供給する培地供給手段3と、培養槽1から培地を排出する培地排出手段4からなる。
開口部2aは、大きな開口の場合は培地および細胞が自由に通過できるが、小さな開口の場合は培地および細胞の通過が阻害される。
図2は隔壁押下手段11により外圧を加える例である。隔壁押下手段11は球体部11aと支柱11bとを備えている。球体部11aを弾性部材の開口部2aに押し付け、支柱11bにより押下すると、弾性部材は下方向に圧力を受けて下部空間1dに向けて突出した状態となると同時に、球体部11aが開口部2aを押し広げた状態となる。ここで、球体部11aは、培地や細胞が自由に通過できる開放空間を形成しており、上部空間1cと下部空間1dを球体部11aを介して連通した状態とすることができる。球体部11aは、例えば、培地や細胞が自由に通過できる網状の部材から形成され、開口部2aを押し広げる圧力に耐え得る強度を有していれば良い。球体部11aの形状は球体に限らず、例えば円錐状の形状をしていても良い。
図3は隔壁押下手段12により外圧を加える例である。隔壁押下手段12は、筒状部12aと、筒状部12aの内部に配置された支柱12bと、支柱12bに設置された撹拌手段12cを備えている。
筒状部12aの先端を弾性部材の開口部2aに押し付けて押下すると、弾性部材は下方向に圧力を受けて下部空間1dに向けて突出した状態となると同時に、筒状部12aが開口部2aを押し広げた状態となる。ここで、筒状部12aは、培地や細胞が自由に通過できる開放空間を形成しており、上部空間1cと下部空間1dを筒状部12aを介して連通した状態とすることができる。筒状部12aは、例えば、培地や細胞が自由に通過できる網状の部材から形成され、開口部2aを押し広げる圧力に耐え得る強度を有していれば良い。筒状部12a内部の撹拌手段12cにより培地を撹拌することが可能である。例えば、支柱12bに回転力を与えることで撹拌手段12cを回転させ、培地を撹拌しても良い。
排出口1bは、上部空間1c内の培地をほぼ全て排出できるように、上部空間1cの底面付近に開口していることが好ましい。
供給口1aの設置場所は任意であるが、上部空間1cの上部から培地を滴下するように供給できる位置に開口していることが好ましい。こうすることで培地の逆流を防ぐことができ、それより上流部の培地が汚染(コンアタミネーション)されるリスクを軽減できる。また、図1では、上部空間1cに供給口1aが開口しているが、下部空間1dに開口していても良い。
本装置のユーザは、まず、隔壁押下手段により隔壁2の弾性部材を押下し、上部空間1cと下部空間1dを隔壁押下手段を介して連通した状態とする。この状態で、培養タンク1内に培地および培養対象の細胞(浮遊細胞)を入れ、培養タンク1内を細胞培養に適した温度(例えば37℃)に維持しながら細胞培養を開始する。この時、撹拌手段5により、培地および細胞を適度に撹拌するのが好ましい。
培地交換が必要になった際、ユーザはまず撹拌手段5を停止させ、培地の流れを停止させることにより細胞を重力により沈殿させる。上部空間1cの細胞は、隔壁2に向け沈殿するが、弾性部材が下部空間1dに向けて突出した状態となっているため開口部2aに向け滑り落ち、開口部2aを通過して下部空間1dの底面に沈殿する。
細胞が十分に沈殿した状態で、ユーザは隔壁押下手段を上方向にゆっくりと引き上げ、弾性部材にかかる外力を開放して開口部2aをつぼめ、培養槽1を上部空間1cと下部空間1dに分離する。この際、ほとんどの細胞は下部空間1dに沈殿しており、上部空間1cの培地には若干の細胞が残っているだけの状態となる。
ユーザは、培地排出手段4により上部空間1cの培地を培養槽1から排出し、その後、培地供給手段3により新しい培地を供給する。
ユーザは、隔壁押下手段により隔壁2の弾性部材を押下し、上部空間1cと下部空間1dを隔壁押下手段を介して連通した状態とする。撹拌手段5を作動させ、培地および細胞を適度に撹拌して培養を再開する。
上記工程によれば、上部空間1cに保持された分の培地を新しい培地と交換することができ、培養系の培地の劣化速度を遅くすることが可能となる。
本変形例は、隔壁22が培養槽21から分離可能となっている。隔壁22は枠部22aと枠部22aにはめ込まれた弾性部材22bを備え、弾性部材22bは開口部22cを有している。枠部22aは培養槽21の内部にはまり込む形状をしている。
培養槽21の内部の壁面には棚部21aが固定されており、隔壁22を培養槽21の内部に挿入すると、枠部22aが棚部21aに乗っかる状態となり、培養槽21の内部を上部空間21cと下部空間21dに分離することができる。
細胞培養装置200を用いて、図5に示すように、第1実施形態の細胞培養装置100と同様に細胞培養を行うことができる。図5においては、隔壁押下手段11を用いた例を示したが、隔壁押下手段12を用いても良い。
本実施形態に係る細胞培養装置300は、図7に示される構成の装置であり、隔壁2に代え、隔壁32を備えている点で第1実施形態と異なっている。それ以外は、第1実施形態と同様である。
この時、板状部材および支柱を培養槽内部の所定の場所に配置するために、培養槽内部に棚部を設置し、そこに板状部材および支柱を配置しても良い。例えば図9に示すように、棚部が所定に間隔をあけて培養槽の内壁に固定された2つのリング状部材34から構成され、板状部材32aおよび板状部材32bを2つのリング状部材34の間に配置しても良い。この時、板状部材32aがリング状部材34に固定され、支柱33に固定された板状部材32bが2つのリング状部材34間で可動に配置されていても良い。こうすることで、支柱33を軸として板状部材32bを回転させ、図8(b)や図8(c)の状態にすることができる。
本装置のユーザは、まず、支柱33を回転させて2枚の板状部材を相対的に回転させ、上部空間1cと下部空間1dを連通させた状態(図8(b))とする。この状態で、培養タンク1内に培地および培養対象の細胞(浮遊細胞)を入れ、培養タンク1内を細胞培養に適した温度(例えば37℃)に維持しながら細胞培養を開始する。この時、撹拌手段5により、培地および細胞を適度に撹拌するのが好ましい。
培地交換が必要になった際、ユーザはまず撹拌手段5を停止させ、培地の流れを停止させることにより細胞を重力により沈殿させる。上部空間1cの細胞は、隔壁32の開口を通過して下部空間1dの底面に沈殿する。
細胞が十分に沈殿した状態で、ユーザは支柱33を回転させて2枚の板状部材を相対的に回転させ、上部空間1cと下部空間1dを分離した状態(図8(c))にする。この際、ほとんどの細胞は下部空間1dに沈殿しており、上部空間1cの培地には若干の細胞が残っているだけの状態となる。
ユーザは培地排出手段4により上部空間1cの培地を培養槽1から排出し、その後、培地供給手段3により新しい培地を供給する。
ユーザは、支柱33を回転させて2枚の板状部材を相対的に回転させ、上部空間1cと下部空間1dを連通させた状態(図8(b))とする。撹拌手段5を作動させ、培地および細胞を適度に撹拌して培養を再開する。
上記工程によれば、上部空間1cに保持された分の培地を新しい培地と交換することができ、培養系の培地に劣化速度を遅くすることが可能となる。
この時、板状部材32cおよび支柱33を培養槽1内部の所定の場所に配置するために、培養槽1内部に棚部35を設置しても良い。
本実施形態に係る細胞培養装置400は、図11に示される構成の装置であり、下部空間41dにも排出口を41e有し、当該排出口41eを介して培地排出手段46へ培地が排出される点で上記各実施形態と異なっている。それ以外は、上記各実施形態と同様である。
排出口41bは、上部空間41c内の培地をほぼ全て排出できるように、上部空間41cの底面付近に開口していることが好ましい。排出口41eは、下部空間41d内の培地をほぼ全て排出できるように、下部空間41dの底面付近に開口していることが好ましい。
供給口41aの設置場所は任意であるが、上部空間41cの上部から培地を滴下するように供給できる位置に開口していることが好ましい。こうすることで培地の逆流を防ぐことができる。また、図10では、上部空間41cに供給口41aが開口しているが、下部空間41dに開口していても良い。
本装置のユーザは、まず、隔壁42を開口することで上部空間41cと下部空間41dを連通した状態とする。この状態で、培養タンク41内に培地および培養対象の細胞(浮遊細胞)を入れ、培養タンク41内を細胞培養に適した温度(例えば37℃)に維持しながら細胞培養を開始する。この時、撹拌手段45により、培地および細胞を適度に撹拌するのが好ましい(a)。
培地交換が必要になった際、ユーザはまず撹拌手段45を停止させ、培地の流れを停止させることにより細胞を重力により沈殿させる。上部空間41cの細胞は、隔壁42の開口を通過して下部空間41dの底面に沈殿する。
細胞が十分に沈殿した状態で、ユーザは隔壁42の開口を閉じて培養槽41を上部空間41cと下部空間41dに分離する。この際、ほとんどの細胞は下部空間41dに沈殿しており、上部空間41cの培地には若干の細胞が残っているだけの状態となる(b)。
ユーザは、培地排出手段46により下部空間41dの培地および細胞を培養槽41から回収する(c)。
ユーザは、隔壁42を開口することで上部空間41cと下部空間41dを連通した状態にして、上部空間41cの培地を下部空間41dへ移動させる(d)。
ユーザは、培地供給手段43により新しい培地を培養槽41に供給し、撹拌手段45を作動させ、培地および細胞を適度に撹拌して培養を再開する(e)。
上記工程によれば、下部空間41dに沈殿した細胞を回収することができ、上部空間41cに残った細胞を基にして細胞培養を継続することができる(細胞の継代に相当する)。この時、下部空間41dから排出された分に相当する培地を新しい培地と交換することができ、培養系の培地の劣化速度を遅くすることが可能となる。
・培養槽で浮遊細胞を培養するステップ
・浮遊細胞を沈殿させるステップ
・隔壁により培養槽の内部空間を重力方向で上方空間と下方空間に分割するステップ
・上方空間の培地を新しい培地に交換するステップ
・上方空間と下方空間を連通させるステップ
・培養槽で浮遊細胞を培養するステップ
・浮遊細胞を沈殿させるステップ
・隔壁により培養槽の内部空間を重力方向で上方空間と下方空間に分割するステップ
・下方空間の培地および細胞を回収するステップ
・上方空間と下方空間を連通させるステップ
・上方空間に新しい培地を供給するステップ
2 隔壁
3、43 培地供給手段
4、44,46 培地排出手段
5、45 撹拌手段
11 隔壁押下手段
12 隔壁押下手段
21 培養槽
22 隔壁
32 隔壁
33 支柱
34 リング状部材
35 棚部
41 培養槽
42 隔壁
Claims (7)
- 内部に培地および細胞を収容可能な培養槽と、
該培養槽に培地を供給する培地供給手段と、
前記培養槽から培地を排出する培地排出手段と、
を備えた細胞培養装置であって、
前記培養槽は、内部空間を重力方向で上方空間と下方空間に分割することができる隔壁と、前記培地供給手段が内部に培地を供給するための供給口と、前記培地排出手段が内部から培地を排出するための排出口とを備え、
前記排出口は前記上方空間に開口し、
前記隔壁は、前記培養槽の内部空間を、前記上方空間と前記下方空間が分割した状態、または、前記上方空間と前記下方空間が連通した状態に切替えることができる細胞培養装置。 - 前記隔壁が開口部を有する弾性部材を備え、該弾性部材に外力を加えているときに前記開口部の大きさが大きくなり、前記上方空間と前記下方空間が連通した状態になり、
前記弾性部材に外力を加えていないときに前記開口部の大きさが小さくなり、前記上方空間と前記下方空間が分割した状態になる請求項1に記載の細胞培養装置。 - 前記弾性部材の開口部を前記下部空間側から塞ぐ弁を備えた請求項2に記載の細胞培養装置。
- 前記弾性部材の開口部を押し広げ、培地および細胞が自由に通過可能な網状部材で形成された隔壁押下手段を備えた請求項2または3に記載の細胞培養装置。
- 前記隔壁が複数の板状部材を備え、該複数の板状部材の相対位置を変化させることで、前記培養槽の内部空間を、前記上方空間と前記下方空間が分割した状態、または、前記上方空間と前記下方空間が連通した状態に切替える請求項1に記載の細胞培養装置。
- 前記隔壁が蛇腹状に折りたたみ可能な板状部材を備え、該折りたたみ可能な板状部材を、広げたり折りたたんだりすることで、前記培養槽の内部空間を、前記上方空間と前記下方空間が分割した状態、または、前記上方空間と前記下方空間が連通した状態に切替える請求項1に記載の細胞培養装置。
- 前記隔壁が支柱に固定された板状部材を備え、該板状部材を前記支柱を軸として回転移動させることで、前記培養槽の内部空間を、前記上方空間と前記下方空間が分割した状態、または、前記上方空間と前記下方空間が連通した状態に切替える請求項5または6に記載の細胞培養装置。
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